JP2008111424A

JP2008111424A - 内燃機関の可変動弁装置

Info

Publication number: JP2008111424A
Application number: JP2007185222A
Authority: JP
Inventors: Yuzo Akasaka; 裕三赤坂; Yusuke Takagi; 裕介高木
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2006-10-02
Filing date: 2007-07-17
Publication date: 2008-05-15
Anticipated expiration: 2027-07-17
Also published as: US7685979B2; DE602007011370D1; CN101158295A; CN101158295B; JP4830999B2; EP1911941B1; US20080078341A1; EP1911941A1

Abstract

【課題】可変動弁装置におけるリフト特性を可変範囲を拡大させる。
【解決手段】電動アクチュエータ１３は、電動モータ３１と、電動モータ３１と連係するボールネジ機構３２と、ボールネジ機構３２と制御軸１２とを連係するリンク機構３３とを備え、電動モータ３１の回転力をボールネジ機構３２及びリンク機構３３を介して制御軸１２に伝達する。ボールネジ機構３２は、電動モータ３１によって駆動されるボールネジ３４と、ボールネジ３４の回転により自身は回転することなくボールネジ３４上を進退移動するボールナット３５とを有している。そして、バネ部材３９，４０によりボールナット３５は挟み込まれ付勢されている。これにより制御軸１２は、その回転可能範囲の上限位置と下限位置との間となる中間位置にて保持可能となる。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の可変動弁装置に関する。

内燃機関のクランクシャフトに連動して吸気弁あるいは排気弁を開閉駆動すると共に、制御軸の回転に伴って吸気弁あるい排気弁のリフト特性を可変とする可変動弁機構が従来から広く知られている。

このような可変動弁機構としては、上記制御軸の回転可能範囲の上限位置及び下限位置を機械的に規制するストッパ機構が設けられ、このストッパ機構による回転可能範囲よりも小さい範囲で該制御軸の制御目標値が設定されたものが特許文献１に開示されている。

この特許文献１においては、上記ストッパ機構が、シリンダヘッドに固定されたアクチュエータプレートから制御軸側へ向けて延びる制御軸軸方向に沿った最小作動角側ストッパ及び最大作動角側ストッパと、制御軸に設けられ、制御軸半径方向に沿って延びるストッパピンとから大略構成されている。
特開２００５−２２６５４３号公報

上記特許文献１に記載の可変動弁機構において、エンジン始動時における上記制御軸の回転角位置は空気量を確保するためにエンジン停止直前（通常はアイドル運転）と比較して大リフト・大作動角側に設定される。しかしながら、エンジン始動時はスタータモータに電力を供給する必要があるため、上記可変動弁機構のアクチュエータである電動モータへの電力の供給量が不足してしまい、上記制御軸を始動時に適した回転角位置に素早く動かすことができない。そのため、アイドル運転では始動時に適したリフト・作動角に設定せざるを得ず、小リフト・小作動角側への使用領域が制限されてしまうために、燃費等のエンジン性能の向上代が目減りしてしまう。

そこで、本発明は、クランクシャフトの回転に連動して回転し、ロッカーアームを介して吸気弁又は排気弁を開閉する駆動軸と、制御軸アクチュエータの駆動によって回転し、ロッカーアームの位置を変化させて吸気弁又は排気弁のリフト特性を連続的に変化させる制御軸とを備え、制御軸には制御軸の回転範囲を上限側と下限側とで規制するストッパが形成され、制御軸を上限側の回転方向に付勢する第一バネ部材と、制御軸を下限側の回転方向に付勢する第二バネ部材とを備え、内燃機関の停止時には、第一バネ部材の付勢力と第二バネ部材の付勢力との釣り合いにより、制御軸はストッパで規制される回転範囲の上限位置と下限位置との間に保持されることを特徴としている。これによって、アイドル運転における制御軸の回転角位置を、内燃機関の始動時を考慮して設定する必要がなくなり、制御軸の回転角位置をより小リフト・小作動角側に設定することが可能となる。

本発明によれば、制御軸の制御回転範囲を小リフト・小作動角側へ相対的に拡大することが可能となり、内燃機関の始動性を確保しつつ、内燃機関の燃費向上を図ることができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、内燃機関の可変動弁装置１を簡略的に示す斜視図である。この可変動弁装置１は、クランクシャフト（図示せず）の回転に機械的に連動して吸気弁１１を開閉駆動するとともに、制御軸１２の回転に伴って吸気弁１１のリフト特性、詳しくは吸気弁１１のバルブリフト量及び作動角の双方を連続的に変化させるリフト作動角可変機構を示している。この可変動弁装置１は、例えば前述の特許文献１等によって公知となっているので、その概要のみを説明する。

可変動弁装置１は、シリンダヘッド上部のカムブラケット（図示せず）に回転自在に支持され、吸気弁１１の上方を気筒列方向に延びる駆動軸２と、この駆動軸２に圧入等により固定され、この駆動軸２と一体的に回転する駆動偏心軸部３と、駆動軸２の上方位置に同じカムブラケットによって回転自在に支持されるとともに駆動軸２と平行に配置された制御軸１２と、この制御軸１２に圧入等により固定され、制御軸１２と一体的に回転する制御偏心軸部１８と、この制御偏心軸部１８に揺動自在に支持された中間部材としてのロッカアーム６と、駆動軸２に揺動可能に取り付けられた揺動カム（動弁カム）９と、を備えている。駆動偏心軸部３とロッカアーム６の一端とはアーム状の第１リンク４によって連係されており、ロッカアーム６の他端と揺動カム９とは、一端がリング状をなす第２リンク８によって連係されている。

駆動軸２は、図示せぬタイミングチェーンないしはタイミングベルトを介して機関の上記クランクシャフトによって駆動され、上記クランクシャフトと機械的に連動して軸周りに回転する。駆動偏心軸部３は、円形外周面を有し、この外周面の中心が駆動軸２の軸心から所定量だけ偏心している。ロッカアーム６は、略中央部が制御偏心軸部１８によって揺動可能に支持されている。ロッカアーム６の一端部には、連結ピン（図示せず）を介して第１リンク４が連結され、他端部には、連結ピン７を介して第２リンク８が連結されている。制御偏心軸部１８は、制御軸１２の軸心から所定量だけ偏心している。従って、制御軸１２の角度位置に応じてロッカアーム６の揺動中心が変化する。

揺動カム９の先端部と第２リンク８とは連結ピン１７を介して連結されている。この揺動カム９の下面には、駆動軸２と同心状の円弧をなす基円面と、この基円面から所定の曲線を描いて延びるカム面と、が連続して形成されており、これらの基円面ならびにカム面が、揺動カム９の揺動位置に応じてタペット（バルブリフタ）１０の上面に対向・当接するようになっている。すなわち、基円面はベースサークル区間として、リフト量が０となる区間であり、揺動カム９が揺動してカム面がタペット１０に接触すると、吸気弁１１がバルブスプリング反力に抗して押し下げられて、吸気弁１１が徐々にリフトしていくことになる。

そして、制御軸１２は、制御軸１２一端側に設けられた電動アクチュエータである制御軸アクチュエータ１３によって所定回転角度範囲内で回転するように構成されている。制御軸アクチュエータ１３は、制御装置１９により制御されている。

この可変動弁装置１の作用を簡単に説明すると、駆動軸２が回転すると、駆動偏心軸部３，第１リンク４，ロッカアーム６，第２リンク８を経由して揺動カム９が揺動する。この揺動カム９によって、タペット１０が押圧され、バルブスプリングのばね力に抗して吸気弁１１が開閉作動する。また、制御軸アクチュエータ１３により制御軸１２の角度位置を変更すると、ロッカアーム６の初期位置が変化して、揺動カム９によるバルブリフト特性が連続的に変化する。つまり、リフトならびに作動角を、両者同時に、連続的に拡大，縮小させることができる。各部のレイアウトによるが、例えば、リフト・作動角の大小変化に伴い、吸気弁１１の開時期と閉時期とがほぼ対称に変化する。

そして、内燃機関停止時には、制御軸１２の回転角位置が制御軸アクチュエータ１３により小リフト・小作動角側へ変更されて停止するよう制御されている。

尚、気筒列方向に延びている駆動軸２及び制御軸１２は気筒列を構成する複数の気筒に共用されるのに対して、可変動弁装置１（リフト作動角可変機構）の構成部品である揺動カム９、ロッカアーム６、第１リンク４、第２リンク８等は気筒列を構成する個々の気筒毎に独立して設けられている。

ここで可変動弁装置１の制御軸１２には、図１及び図２に示すように、制御軸１２の外周面から突出して制御軸１２の軸方向の移動を規制する鍔状の制御軸側回転部としてのフランジ部２４が形成されている。このフランジ部２４は、制御軸軸方向に沿って所定の厚みを有し、上記カムブラケットのフランジ受け部２５に回転可能に収容されている。詳述すると、フランジ部２４は、内燃機関本体側の制御軸収容部としてのフランジ受け部２５に、フランジ部２４の相対的に吸気弁１１側となる半身が収容されている。そして、制御軸１２の制御軸軸方向に沿った移動は、フランジ部２４の軸方向端面２４ａ，２４ａの一方が、フランジ受け部２５に接触することで規制されている。

フランジ部２４の外周には、制御軸半径方向外側に向かって突出し、制御軸１２の回転範囲を機械的に規制する略円弧状のストッパ突出片２６が形成されている。このストッパ突出片２６は、制御軸軸方向に沿った厚さがフランジ部２４の制御軸軸方向に沿った厚さと同じ厚さであって、制御軸１２の回転に伴い、ストッパ突出片２６がフランジ受け部２５の上面であるストッパ突出片受け面２５ｂに面接触するよう形成されている。つまり、このストッパ突出片２６とストッパ突出片受け面２５ｂとによって、制御軸１２をその回転可能範囲の上限位置及び下限位置にて機械的に係止するストッパ機構が構成されている。詳述すると、ストッパ突出片２６は、フランジ部２４の外周面に対して直交し、制御軸１２の回転に伴いストッパ突出片受け面２５ｂに面接触可能な一対の起立壁２７，２７と、これら起立壁２７，２７の上端に挟まれたフランジ部２４と同心の円弧である外周壁２８と、によって構成されている。一方、ストッパ突出片受け面２５ｂは、上記カムブラケット上面に載置された状態の制御軸１２の軸心を通る平面と一致ように形成されている。そして、ストッパ突出片受け面２５ｂに、ストッパ突出片２６の起立壁２７が面接触することで、制御軸１２の機械的な回転可能範囲が規制されている。

但し、実際に制御目標値となり得る制御軸１２の制御回転範囲は、上記の機械的な回転可能範囲よりも小さく設定されている。つまり、ストッパ突出片２６の一方の起立壁２７がストッパ突出片受け面２５ｂに突き当てられる機械的な回転可能範囲の最小側限界位置は、制御軸１２の制御目標値の最小値よりも更に小リフト・小作動角側に余裕をもって設定されている。同様に、ストッパ突出片２６の他方の起立壁２７がストッパ突出片受け面２５ｂに突き当てられる機械的な回転可能範囲の最大側限界位置は、制御軸１２の制御目標値の最大値よりも更に大リフト・大作動角側に余裕をもって設定されている。

そして、本実施形態における制御軸アクチュエータ１３は、図１及び図３に示すように、駆動源となる電動モータ３１と、電動モータ３１と連係するボールネジ機構３２と、ボールネジ機構３２と制御軸１２とを連係するリンク機構３３とを備え、電動モータ３１の回転力をボールネジ機構３２及びリンク機構３３を介して制御軸１２に伝達するものである。

図８に示すように、ボールネジ機構３２は、電動モータ３１によって回転駆動される外周面にネジ溝３４ａが形成された細長い円柱状のボールネジ３４と、ネジ溝３４ａに対向するネジ溝３５ａが内周面に形成されるボールナット３５と、ボールネジ３４のネジ溝３４ａとボールナット３５のネジ溝３５ａとの間に配置されるボール３２０とを有している。ボールナット３５は、ボールネジ３４の回転によってボール３２０が転動することにより、自身は回転することなくボールネジ３４上をボールネジ軸方向に進退移動する。

リンク機構３３は、ボールナット３５に連係する第１揺動リンク３６と、一端が第１揺動リンク３６と連係し、他端側が制御軸１２に固定された略Ｌ字形状の第２揺動リンク３７と、から構成され、ボールナット３５の進退運動（直線運動）を制御軸１２を回転させる回転運動に変換している。

この制御軸アクチュエータ１３内部には、制御軸１２をその機械的な回転可能範囲の上限位置である上記最大側限界位置と下限位置である上記最小側限界位置との間となる中間位置にて保持可能な中間位置保持機構３８が設けられている。

中間位置保持機構３８は、ボールナット３５のボールネジ軸方向の一端（図３における右側端）をボールネジ軸方向の他端側（図３における左側）に向かって常時付勢する第一バネ部材３９と、ボールナット３５のボールネジ軸方向の他端（図３における左側端）をボールネジ軸方向の一端側（図３における右側）に向かって常時付勢する第二バネ部材４０と、を有している。換言すれば、ボールナット３５をそれぞれ逆方向（１８０°反対方向）に付勢する一対のコイルバネ３９，４０によって、中間位置保持機構３８は構成されている。

ここで、本実施形態における可変動弁装置１においては、内燃機関の停止時に、電動モータ３１の駆動トルクがボールネジ３４に付加されていない状態となり、第一バネ部材３９の付勢力と第二バネ部材４０の付勢力とが釣り合う釣合位置でボールナット３５が保持され、この釣合位置にボールナット３５が保持されることで制御軸１２が上記中間位置（制御軸１２の機械的な回転可能範囲の最大側限界位置と最小側限界値の間の位置）に保持される。

また、第一バネ部材３９及び第二バネ部材４０は、制御軸１２をその回転可能範囲の上限位置から下限位置まで変更する際のボールナット３５の移動に必要な荷重よりもセット荷重が大きくなるようそれぞれ設定されている。

さらに、第一バネ部材３９及び第二バネ部材４０は、ボールナット３５が上記釣合位置にある状態のときの制御軸１２の回転角位置が、可変動弁装置１による吸気弁１１の使用作動角範囲の中央よりも小リフト・小作動角側となるように設定されている。換言すれば、ボールナット３５が上記釣合位置にある状態の可変動弁装置１のリフト特性が、吸気弁１１の使用作動角範囲の中央よりも小リフト・小作動角側となるように設定されている。

尚、本実施形態における可変動弁装置１においては、図３における右方向に向かってボールネジ３４上をボールナット３５が移動すると吸気弁１１のリフト特性は相対的に小リフト・小作動角側に変化し、図３における左方向に向かってボールネジ３４上をボールナット３５が移動すると吸気弁１１のリフト特性は相対的に大リフト・大作動角側に変化する。

また、図１及び図３における４１は、制御軸アクチュエータ１３の固定用フランジ、図３における４２は、制御軸アクチュエータ１３のハウジングである。

以上説明してきたように、上述した実施形態の可変動弁装置１は、内燃機関の停止時には、電動モータ３１の駆動トルクがボールネジ３４に付加されない状態となり、ボールナット３５が上記釣合位置に保持され、制御軸１２の機械的な回転可能範囲の最小側限界位置と最大側限界位置との間の中間位置で、制御軸１２の回転角位置を保持することができるので、保持する上記制御軸の回転角位置を始動時に適したリフト・作動角に設定すれば、アイドル運転における制御軸１２の回転角位置を、内燃機関の始動時を考慮して設定する必要がなくなり、制御軸１２の回転角位置をより小リフト・小作動角側に設定することが可能となる。そのため、制御軸１２の制御回転範囲を小リフト・小作動角側へ相対的に拡大することが可能となり、内燃機関の始動性を確保しつつ、内燃機関の燃費向上を図ることができる。

また、ボールナット３５が第一バネ部材３９と第二バネ部材４０とによって両側から付勢された構造となっているため、ボールネジ機構３２において機構上避けられないクリアランスによる打音を防止することが可能となる。

そして、制御軸１２側からリンク機構３３を介してボールナット３５に伝達される外力の一部は、ボールナット３５に常時作用する第一バネ部材３９の付勢力と第二バネ部材４０の付勢力で支持することができるので、目標のリフト作動角となる所定位置でボールナット３５を保持する際に、電動モータ３１で必要となる保持トルクを相対的に小さくすることができ、電動モータ３１の使用電力の低減を図ることができる。

第一バネ部材３９及び第二バネ部材４０は、制御軸１２をその回転可能範囲の上限位置から下限位置まで変更する際のボールナット３５の移動に必要な荷重よりもセット荷重が大きくなるようそれぞれ設定されているので、ボールナット３５の位置をその場に保持する際の保持力が大きくなり、吸気弁１１側から負荷が入力されることによる吸気弁１１のリフト・中心角の変動を抑制することができると共に、可変動弁装置１の目標リフト・作動角の変更に伴い、ボールナット３５がボールネジ３４上を移動する際に、ボールナット３５が第一バネ部材３９及び第二バネ部材４０から受ける荷重を小さくすることができ、可変動弁装置１の応答性を向上させることができる。

そして、上記釣合位置にある状態の可変動弁装置１のリフト特性が、吸気弁１１の使用作動角範囲の中央よりも小リフト・小作動角側となるように設定されているので、第一バネ部材３９及び第二バネ部材４０のフリクションにより失われる電動モータ３１のトルク損失を低減することができる。これは、可変動弁装置１で使用されるリフト特性の常用域は、通常、相対的に小リフト・小作動角側の領域内のものだからである。なお、この釣合位置にある状態の可変動弁装置１のリフト特性は、吸気弁１１の使用作動角範囲の中央に設定されてもよく、また、吸気弁１１の使用作動角範囲の中央よりも大リフト・大作動角側となるように設定されてもよい。

尚、上述した可変動弁装置１においては、リフト特性を相対的に小リフト・小作動角側へ変更する場合、つまりボールナット３５を図３における右方向に移動させる場合には、吸気弁１１側から可変動弁装置１に入力される負荷（吸気弁１１のバルブスプリング等の反力）がボールナット３５の移動を補助する方向に作用する。一方、リフト特性を相対的に大リフト・大作動角側へ変更する場合、つまりボールナット３５を図３における左方向に移動させる場合には、吸気弁１１側から可変動弁装置１に入力される負荷（吸気弁１１のバルブスプリング等の反力）がボールナット３５の移動を阻害する方向に作用する。そこで、上述した実施形態においては、リフト特性を相対的に大リフト・大作動角側へ変更する際に圧縮される第二バネ部材４０のバネ定数を、第一バネ部材３９のバネ定数に対して小さくなるように設定すれば、リフト特性を相対的に大リフト・大作動角側へ変更する場合の応答性を向上させることができる。

以下、本発明の他の実施形態について説明するが、上述した第１実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付し重複する説明を省略する。

図４及び図５は本発明の第２実施形態における可変動弁装置５１を示している。

第２実施形態における可変動弁装置５１は、上述した第１実施形態の可変動弁装置１と略同一構成となっているが、この第２実施形態においては、中間位置保持機構５２が、制御軸１２の回転角位置を変更する制御軸アクチュエータ（図示せず）内に設けられておらず、シリンダヘッド上部のカムブラケット５３と、制御軸１２と、の間に配置されている。すなわち、この第２実施形態における中間位置保持機構５２は、制御軸１２をその回転可能範囲の上限位置側に向かって回転する方向に直接付勢する第一バネ部材５４と、制御軸１２をその回転可能範囲の下限位置側に向かって回転する方向に直接付勢する第二バネ部材５５と、有している。つまり、第一バネ部材５４によって付勢される方向と、第二バネ部材５５によって付勢される方向とは、制御軸１２回転方向で、互いに反対方向となっている。この第２実施形態において、第一バネ部材５４及び第二バネ部材５５は、コイルバネであり、第一バネ部材５４及び第二バネ部材５５の軸方向と、制御軸１２の軸方向は同一である。

制御軸１２の外周には、第一バネ部材５４の一端が固定される第１ローラ５６が配置されている。第１ローラ５６は、制御軸１２の外周面から突出する一対の第１突出壁５７，５７の間に位置し、これら一対の第１突出壁５７，５７によって回転可能に支持されている。第一バネ部材５４の他端は、カムブラケット５３と一体の柱部６０ａに固定されている。柱部６０ａは、カムブラケット５３の凹部５３ａ内に制御軸１２軸方向に沿って突出形成された略円柱形状の突出部であり、第一バネ部材５４が外挿されている。そして、第一バネ部材５４の他端が柱部６０ａに固定されている。また、制御軸１２の外周には、第二バネ部材５５の一端が固定される第２ローラ５８が配置されている。第２ローラ５８は、制御軸１２の外周面から突出する一対の第２突出壁５９，５９の間に位置し、これら一対の第２突出壁５９，５９によって回転可能に支持されている。第二バネ部材５５の他端は、カムブラケット１４と一体の柱部６０ｂに固定されている。柱部６０ｂは、カムブラケット５３の凹部５３ｂ内に制御軸１２軸方向に沿って突出形成された略円柱形状の突出部であり、第二バネ部材５５が外挿されている。そして、第二バネ部材５５の他端が柱部６０ｂに固定されている。尚、第１ローラ５６及び第２ローラ５８の回転軸は、制御軸１２の回転軸と平行となっている。また、図４は、要部の説明図なので、制御軸アクチュエータ１３の図示が省略されている。

この第２実施形態における可変動弁装置５１においては、内燃機関の停止時に、制御軸アクチュエータ１３（図４及び図５には図示せず）の駆動トルクが制御軸１２に付加されていない状態となり、第一バネ部材５４の付勢力と第二バネ部材５５の付勢力とが釣り合う釣合位置で制御軸１２が保持される。そして、この釣合位置が、上記中間位置（制御軸１２の機械的な回転可能範囲の最大側限界位置と最小側限界値の間の位置）となるように、中間位置保持機構５２は設定されている。

このような第２実施形態においても、上述した第１実施形態と同様に、内燃機関の停止時には、制御軸１２の機械的な回転可能範囲の最小側限界位置と最大側限界位置との間の中間位置で、制御軸１２の回転角位置を保持することができるので、保持する上記制御軸の回転角位置を始動時に適したリフト・作動角に設定すれば、アイドル運転における制御軸１２の回転角位置を、内燃機関の始動時を考慮して設定する必要がなくなり、制御軸１２の回転角位置をより小リフト・小作動角側に設定することが可能となる。そのため、制御軸１２の制御回転範囲を小リフト・小作動角側へ相対的に拡大することが可能となり、内燃機関の始動性を確保しつつ、内燃機関の燃費向上を図ることができる。

尚、この第２実施形態において、第一バネ部材５４及び第二バネ部材５５は、制御軸１２軸方向の同一位置に形成されているが、制御軸１２軸方向で互いにオフセットするように第一バネ部材５４及び第二バネ部材５５を配置することも可能である。さらに、この第２実施形態においては、制御軸１２が一対のバネ部材５４，５５によって直接付勢された構成となっているが、制御軸１２を直接付勢するバネ部材は一対に限定されるものではなく、例えば、二対のバネ部材で直接付勢するように構成することも可能である。

図６及び図７は本発明の第３実施形態における可変動弁装置６１の中間位置保持機構６２を模式的に示した説明図である。

この第３実施形態における可変動弁装置６１は、上述した第１実施形態の可変動弁装置１と略同一構成となっているが、この第３実施形態においては、中間位置保持機構６２が、制御軸１２の回転角位置を変更する制御軸アクチュエータ１３（図６及び図７には図示せず）内に設けられておらず、制御軸１２に設けられたフランジ部２４のストッパ突出片２６と、カムブラケットのフランジ受け部２５と、の間に配置されている。すなわち、ストッパ突出片２６の一方の起立壁２７とフランジ部受け部２５のストッパ突出片受け面２５ｂとによって第一バネ部材６３が挟み込まれ、ストッパ突出片２６の他方の起立壁２７とフランジ部受け部２５のストッパ突出片受け面２５ｂとによって第二バネ部材６４が挟み込まれている。

換言すると、この第３実施形態における中間位置保持機構６２も、制御軸１２をその回転可能範囲の上限位置側に向かって回転する方向に直接付勢する第一バネ部材６３と、制御軸１２をその回転可能範囲の下限位置側に向かって回転する方向に直接付勢する第二バネ部材６４と、有している。つまり、第一バネ部材６３によって付勢される方向と、第二バネ部材６４によって付勢される方向とは、制御軸１２回転方向で、互いに反対方向となっている。

第一バネ部材６３の一端は、ストッパ突出片２６の一方の起立壁２７に固定され、他端はストッパ突出片受け面２５ｂに固定されている。具体的には、コイルバネである第一バネ部材６３の一端に、一方の起立壁２７に突出形成された凸部６５が挿入されることで、第一バネ部材６３の一端は、ストッパ突出片２６の一方の起立壁２７に固定される。第一バネ部材６３の他端は、ストッパ突出片受け面２５ｂに形成された凹部６６に挿入されることで、ストッパ突出片受け面２５ｂの凹部６６に固定される。

第二バネ部材６４の一端は、ストッパ突出片２６の他方の起立壁２７に固定され、他端はストッパ突出片受け面２５ｂに固定されている。具体的には、コイルバネである第二バネ部材６４の一端に、他方の起立壁２７に突出形成された凸部６５が挿入されることで、第二バネ部材６４の一端は、ストッパ突出片２６の他方の起立壁２７に固定される。第二バネ部材６４の他端は、ストッパ突出片受け面２５ｂに形成された凹部６６に挿入されることで、ストッパ突出片受け面２５ｂの凹部６６に固定される。

この第３実施形態における可変動弁装置６１においては、内燃機関の停止時に、制御軸アクチュエータ１３（図６及び図７には図示せず）の駆動トルクが制御軸１２に付加されていない状態となり、第一バネ部材６３の付勢力と第二バネ部材６４の付勢力とが釣り合う釣合位置で制御軸１２が保持される。そして、この釣合位置が、上記中間位置（制御軸１２の機械的な回転可能範囲の最大側限界位置と最小側限界値の間の位置）となるように、中間位置保持機構６２は設定されている。

このような第３実施形態においても、上述した第１実施形態と同様に、内燃機関の停止時には、制御軸１２の機械的な回転可能範囲の最小側限界位置と最大側限界位置との間の中間位置で、制御軸１２の回転角位置を保持することができるので、保持する上記制御軸の回転角位置を始動時に適したリフト・作動角に設定すれば、アイドル運転における制御軸１２の回転角位置を、内燃機関の始動時を考慮して設定する必要がなくなり、制御軸１２の回転角位置をより小リフト・小作動角側に設定することが可能となる。そのため、制御軸１２の制御回転範囲を小リフト・小作動角側へ相対的に拡大することが可能となり、内燃機関の始動性を確保しつつ、内燃機関の燃費向上を図ることができる。

尚、上述した各実施形態における可変動弁装置１は、吸気弁側に適用されたものであるが、排気弁側に適用することも可能である。

上記実施形態から把握し得る本発明の技術的思想について、その効果とともに列記する。

（１）内燃機関の可変動弁装置は、クランクシャフトの回転に連動して回転し、ロッカーアームを介して吸気弁又は排気弁を開閉する駆動軸と、制御軸アクチュエータの駆動によって回転し、ロッカーアームの位置を変化させて吸気弁又は排気弁のリフト特性を連続的に変化させる制御軸とを備え、御軸には制御軸の回転範囲を上限側と下限側とで規制するストッパが形成され、制御軸を上限側の回転方向に付勢する第一バネ部材と、制御軸を下限側の回転方向に付勢する第二バネ部材とを備え、内燃機関の停止時には、第一バネ部材の付勢力と第二バネ部材の付勢力との釣り合いにより、制御軸はストッパで規制される回転範囲の上限位置と下限位置との間に保持される。これによって、保持する制御軸の回転角位置を始動時に適したリフト・作動角に設定すれば、アイドル運転における制御軸の回転角位置を、内燃機関の始動時を考慮して設定する必要がなくなり、制御軸の回転角位置をより小リフト・小作動角側に設定することが可能となる。そのため、制御軸の制御回転範囲を小リフト・小作動角側へ相対的に拡大することが可能となり、内燃機関の始動性を確保しつつ、内燃機関の燃費向上を図ることができる。

（２）上記（１）に記載の内燃機関の可変動弁装置において、制御軸アクチュエータは、駆動源と、駆動源と連係するボールネジ機構と、ボールネジ機構と制御軸とを連係するリンク機構とを備え、ボールネジ機構は、駆動源によって回転駆動されるボールネジと、ボールネジの回転によって転動するボールと、ボールの転動によりボールネジ軸方向に進退移動するボールナットとを備え、リンク機構はボールナットの進退運動を制御軸の回転運動に変換し、第一バネ部材はボールナットをボールネジ軸方向の一端側に付勢するよう配置され、第二バネ部材はボールナットをボールネジ軸方向の他端側に付勢するよう配置され、第一バネ部材の付勢力により、ボールナットがボールネジ軸方向の一端側に移動することによって、リンク機構を介して制御軸が上限側に回転し、第二バネ部材の付勢力により、ボールナットがボールネジ軸方向の他端側に移動することによって、リンク機構を介して制御軸が下限側に回転する。これによって、ボールネジ機構において機構上避けられないクリアランスによる打音を防止することが可能となる。また、制御軸側からリンク機構を介してボールナットに伝達される外力の一部は、ボールナットに常時作用する第一バネ部材の付勢力と第二バネ部材の付勢力で支持することができるので、目標のリフト作動角となる所定位置でボールナットを保持する際に、電動モータで必要となる保持トルクを相対的に小さくすることができ、電動モータの使用電力の低減を図ることができる。

（３）上記（２）に記載の内燃機関の可変動弁装置において、上記第一バネ部材及び上記第二バネ部材は、上記制御軸をその回転可能範囲の上限位置から下限位置まで変更する際の上記ボールナットの移動に必要な荷重よりもセット荷重が大きくなるようそれぞれ設定されている。これによって、ボールナットの位置をその場に保持する際の保持力が大きくなり、吸気弁のリフト・中心角の変動を抑制することができると共に、可変動弁装置の目標リフト・作動角の変更に伴い、ボールナットがボールネジ上を移動する際に、ボールナットが第一バネ部材及び第二バネ部材から受ける荷重を小さくすることができ、可変動弁装置の応答性を向上させることができる。

（４）上記（２）または（３）に記載の内燃機関の可変動弁装置において、上記ボールナットが上記釣合位置にある状態のリフト特性が、機関弁の使用作動角範囲の中央よりも小リフト・小作動角側となるように、上記釣合位置が設定されている。これによって、第一バネ部材及び第二バネ部材のフリクションにより失われる電動モータのトルク損失を低減することができる。これは、可変動弁装置で使用されるリフト特性の常用域は、通常、相対的に小リフト・小作動角側の領域内のものだからである。

（５）上記（１）に記載の内燃機関の可変動弁装置において、第一バネ部材は制御軸を上限側の回転方向に直接付勢し、第二バネ部材は制御軸を下限側の回転方向に直接付勢する。

内燃機関の可変動弁装置１を簡略的に示す斜視図。本発明に係る内燃機関の可変動弁装置に設けられ、制御軸をその回転可能範囲の上限位置及び下限位置にて機械的に係止するストッパ機構を模式的に示した説明図。制御軸アクチュエータの説明図。本発明の第２実施形態における可変動弁装置を模式的に示した説明図。本発明の第２実施形態における中間位置保持機構を模式的に示した説明図。本発明の第３実施形態における中間位置保持機構を模式的に示した説明図。本発明の第３実施形態における中間位置保持機構を模式的に示した説明図。本発明に係る内燃機関の可変動弁装置に設けられるボールネジ機構を模式的に示した説明図。

符号の説明

１２…制御軸
１３…制御軸アクチュエータ
３１…電動モータ
３２…ボールネジ機構
３３…リンク機構
３４…ボールネジ
３５…ボールナット
３８…中間位置保持機構
３９…第一バネ部材
４０…第二バネ部材

Claims

クランクシャフトの回転に連動して回転し、ロッカーアームを介して吸気弁又は排気弁を開閉する駆動軸と、
制御軸アクチュエータの駆動によって回転し、前記ロッカーアームの位置を変化させて前記吸気弁又は排気弁のリフト特性を連続的に変化させる制御軸とを備えた内燃機関の可変動弁機構であって、
前記制御軸には前記制御軸の回転範囲を上限側と下限側とで規制するストッパが形成され、
前記制御軸を上限側の回転方向に付勢する第一バネ部材と、前記制御軸を下限側の回転方向に付勢する第二バネ部材とを備え、
前記内燃機関の停止時には、前記第一バネ部材の付勢力と前記第二バネ部材の付勢力との釣り合いにより、前記制御軸は前記ストッパで規制される回転範囲の上限位置と下限位置との間に保持される。
請求項１記載の内燃機関の可変動弁機構において、
前記制御軸アクチュエータは、駆動源と、前記駆動源と連係するボールネジ機構と、前記ボールネジ機構と前記制御軸とを連係するリンク機構とを備え、
前記ボールネジ機構は、前記駆動源によって回転駆動されるボールネジと、前記ボールネジの回転によって転動するボールと、前記ボールの転動により前記ボールネジ軸方向に進退移動するボールナットとを備え、
前記リンク機構は前記ボールナットの進退運動を前記制御軸の回転運動に変換し、
前記第一バネ部材は前記ボールナットを前記ボールネジ軸方向の一端側に付勢するよう配置され、前記第二バネ部材は前記ボールナットを前記ボールネジ軸方向の他端側に付勢するよう配置され、
前記第一バネ部材の付勢力により、前記ボールナットが前記ボールネジ軸方向の一端側に移動することによって、前記リンク機構を介して前記制御軸が上限側に回転し、
前記第二バネ部材の付勢力により、前記ボールナットが前記ボールネジ軸方向の他端側に移動することによって、前記リンク機構を介して前記制御軸が下限側に回転する。
請求項１記載の内燃機関の可変動弁機構において、
前記第一バネ部材は前記制御軸を上限側の回転方向に直接付勢し、前記第二バネ部材は前記制御軸を下限側の回転方向に直接付勢する。
請求項１記載の内燃機関の可変動弁機構において、
前記内燃機関の停止時に前記制御軸が前記ストッパで規制される回転範囲の上限位置と下限位置との間で保持された状態では、前記吸気弁又は排気弁のリフト特性が小リフト・小作動角側になるよう、前記第一バネ部材と前記第二バネ部材のバネ特性が設定される。